基于ARM的六氟化硫的监控系统的设计与实现 毕业论文答辩

基于ARM的六氟化硫的监控系统的设计与实现 专业 自动化导师 关静学生 许伟 1 在工业生产和人类生活中 人们对环境中各种气体的危害性越来越重视 尤其是煤气 天然气等的开发利用 各种气体的灾害性随之曾加 因此需要对各种易燃 易爆 有毒气体进行检测 通过对这些气体的检测 提高人员操作环境的质量 避免了不必要的人员伤害事故的发生 一 本设计的背景和意义 2 随着科学技术的进步 人民生活水平和生活质量的提高 气敏传感器的应用领域越来越扩大 随之 人们对气敏传感器的要求也越来越高 要求其灵敏度高 选择性好 功耗低 体积小 重量轻 价格低 集成化 智能化 多功能化等 这些都使得气敏测试技术得到了极大的重视与发展 现在已被公认为是对人类生命和健康 丰富国民生活以及促进其它技术发展的关键技术 发展好此技术 不但能对其它领域的技术具有极大的推动作用 而且还能改善人类的生存条件和生活质量 二 系统总体设计方案 课题研究的是基于ARM的六氟化硫监控系统的设计与实现 主要是针对与变电站内的六氟化硫的浓度检测 同时检测出变电站内的温湿度 本课题的研究主要有硬件和软件两个部分 首先硬件部分主要包括处理器模块 信号采集模 无线收发模块 电源模块和显示模块 通过各个部分完成各个本课题的设计要求 软件部分主要包括A D转换程序 显示模块程序 无线收发程序 固化程序完成了整个系统的设计需求 硬件电路 本图为此设计的系统流程图 硬件主要组成不分有处理器模块 信号采集模块 无线收发模块 显示模块 电源模块 电源模块的选择 电源是整个系统的动力所在 电源的好坏直接影响到系统的稳定性与否 本系统为5V单电源供电 但因系统内各芯片所要求的供电电压不同 需要的电源稳定性也不同 所以电源由以下两部分构成 1 微控制器LPC2131的工作电压为3 3V 采用的SPX1117M 3 3将电源稳压至3 3V SPX1117M 3 3是Sipex公司生产的LDO芯片 其特点为输出电流大 输出电压精度高 稳定性高 该芯片输出电流可达到800mA 输出电压的精变在 1 以内 还具有电流限制和热保护功能 2 信号采集电路工作电压为5V 采用7805稳压芯片 把电压稳定在5V 处理器芯片的选择 在单片机的应用系统中 最重要的就是要根据应用系统的要求和特性选择合适的微处理器 MCU 本次设计在选择MCU时主要考虑以下几个因素 保密性强 抗干扰性能 速度 单片机功能 价格 本系统中的微控制器采用了Philips的嵌入式处理器LPC2131 它是一个基于支持实时仿真的16 32位的ARM7TDMI STMCPU 采用3级流水线作业 并带有32kB 嵌入的高速Flash存储器 128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行 两个32位定时器 一个10位8路ADC 6个PWM通道 和多达47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断 较小的封装和极低的功耗使LPC2131可以理想地应用于小型设备中 传感器模块的选择 针对于本课题的传感器的选择 本课题要对六氟化硫气浓度进行检测监控 同时对变电站内的温度 湿度也要进行检测 因此本课题要选取两个传感器原件 本课题选用的为SF6气敏传感器该气敏元件属于金属氧化物气敏元件 图2 2 具有低功耗 高灵敏度 寿命长 低成本 后期电路简单等特点 它将气体浓度的信息转换成电信号 根据这些电信号的强弱就可以获得SF6气体在变电站内的浓度信息 从而可以进行检测 监控 报警 本课题中选用的是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器 该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来 发挥出强大的优势互补作用 无线芯片的选择 本文设计的通用无线数传模块 主要以完成信号的传输为主 系统需要完成综合报警节点与监控节点之间的一点对多点无线通信 传输实时性要求较高 传输的数据量不大 因此对无线通信方式的选择可以有较大的空间 本系统的收发模块采用挪威Nordic公司的一体化无线收发芯片nRF403 nRF403频率稳定性好 发射数据时无方向性要求 在高速移动和振动等情况有抗干扰能力 nRF403另一个非常重要的特点是接收机的频带阻抗很高 这意味着不需要外部声面波滤波器 外围元件很少 仅外接一个4MHz晶振 电感和几个阻容元件共10个左右 无需调试部件 显示芯片的选择 目前显示器件的种类很多 性能也各异 但在单片机测控领域 常用的显示器件基本上是LED显示器和LCD显示器两种 针对本课题的显示要求 本文选择RT12864 16是一种图形点阵液晶显示器 它主要由行驱动器 列驱动器及128 64全点阵液晶显示器组成 可完成图形显示 也可以显示8 4个 16 16点阵 汉字 三 软件程序 硬件电路搭建完毕后 就要下载驱动程序到LPC2131的片内Flash中 使MCU运